• 한국결정성장학회지
• /
• 제31권1호
• /
• pp.32-36
• /
• 2021

본 연구는 레이저 침탄된 TiZrN 코팅층의 탄소확산거동 측면과 이에 따른 기계적 특성 변화를 연구·고찰하였다. TiZrN 코팅에 탄소페이스트를 도포한 후, 레이저를 조사하여 침탄시켰다. 침탄 이후에 (111)상에 해당하는 XRD 피크가 저각으로 이동하여, 도핑된 탄소에 의한 격자팽창을 보여주었다. 아울러, 투입된 탄소의 입계 확산에 의한 결정립의 크기가 감소하였다. 침입된 탄소의 결합상태를 확인하기 위한 XPS 분석결과, 레이저의 열에너지를 통해 탄소가 TiZrN내 질소 원자와 치환되어 탄화물(TiC 또는 ZrC)을 보였다. 아울러, sp2와 sp3 혼성화 결합이 혼재하는 상태를 보여 비정질 탄소가 형성된 것을 확인할 수 있었다. 침탄 전후 TiZrN 코팅층의 단면 TEM 이미지와 inverse FFT 분석결과, 격자 중간에 물결형상이 관찰되어 결정립계 내 비정질 상의 형성을 보여주었다. 침탄 후 경도는 34.57 G Pa에서 38.24 G Pa로 증가하였으며, 마찰계수는 83 % 감소하였다. 특히, 외부 하중에 저항하는 지표로 활용되는 H/E는 0.11에서 0.15으로 증가하였고 wear rate는 65 % 개선되는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제30권1호
• /
• pp.7-11
• /
• 2020

TiZrN 코팅의 도핑 공정에서 탄소 페이스트 증착 방식에 따른 탄소의 용해성 변화를 격자왜곡(lattice distortion)과 원자농도(atomic concentration)를 통해 비교 및 고찰하였다. 딥코팅, 스핀코팅과 스크린프린팅 방식을 이용하여 탄소 페이스트를 도포한 후, 레이저를 조사하여 탄소 구배층(carbon gradient layer)을 형성시켰다. 모든 구배층은 탄소가 도핑되는 구조였으며, 두께 및 탄소 도핑량은 페이스트 도포 방식에 의존하였다. 결정 구조 분석 결과, 딥코팅에 의해 코팅층을 도핑할 때 보다 스핀코팅과 스크린프린팅에 의해 코팅층을 도핑하였을 때, 더 큰 격자 팽창이 일어남을 확인할 수 있었다. 또한 XPS depth profile을 통해 딥코팅에 의한 탄소 구배층 두께는 약 30 nm, 스핀코팅과 스크린프린팅의 경우 대략 100 nm로 더 깊은 구배층이 형성됨을 확인하였다. 침탄 전 코팅의 경도는 약 30 GPa였으며, 침탄 후에는 딥코팅 시편의 평균 경도가 약 31 GPa였고 스핀코팅과 스크린프린팅의 평균 경도는 대략 37 GPa로 증가한 것으로 보아 탄소 도핑을 통한 격자팽창 및 구배층의 영향을 확인하였다.